Para peneliti di Universitas Birmingham telah mengembangkan pendekatan baru terhadap produksi hidrogen suhu rendah yang dapat membuat bahan bakar ramah lingkungan lebih murah dan lebih praktis untuk diproduksi. Teknik ini dapat digunakan baik di fasilitas terpusat yang besar maupun sistem lokal yang lebih kecil dengan memanfaatkan limbah panas dari operasi industri besar.
Hidrogen adalah unsur paling melimpah di alam semesta dan secara luas dianggap sebagai sumber energi bersih yang penting. Ketika digunakan sebagai bahan bakar, ia hanya menghasilkan air dan panas, bukan karbon dioksida dan polutan lain yang terkait dengan bahan bakar fosil. Hidrogen juga dapat menggerakkan sel bahan bakar yang menghasilkan listrik. Terlepas dari keunggulan-keunggulan ini, sekitar 95% produksi hidrogen saat ini masih bergantung pada bahan bakar fosil.
Katalis baru secara signifikan mengurangi suhu produksi hidrogen
Salah satu cara yang menjanjikan untuk menghasilkan hidrogen adalah dengan memisahkan air menggunakan termokimia, suatu proses di mana katalis memecah air menjadi hidrogen dan oksigen. Sistem termokimia yang ada memerlukan suhu yang sangat tinggi. Pemisahan air biasanya terjadi antara 700 dan 1.000 HaiC, sedangkan tahap regenerasi katalis seringkali memerlukan suhu 1.300 hingga 1.500 °C. HaiC sebelum siklus produksi lainnya dapat dimulai.
Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Profesor Yulong Ding dari Fakultas Teknik Kimia di Universitas Birmingham telah menunjukkan bahwa suhu ini dapat dikurangi secara signifikan dengan menggunakan katalis perovskit.
Menurut temuan yang dipublikasikan di Jurnal Internasional Energi Hidrogenkatalis baru menghasilkan sejumlah besar hidrogen pada suhu antara 150 dan 500 HaiC. Ia juga dapat diregenerasi pada suhu berkisar antara 700 hingga 1000 HaiC, sekitar 500 HaiC lebih rendah dari pendekatan saat ini.
Profesor Ding berkata: “Suhu proses keseluruhan yang lebih rendah dapat memungkinkan produksi hidrogen di dekat pabrik produksi energi terbarukan, dan sektor industri dasar seperti baja, semen, kaca, dan bahan kimia memiliki banyak limbah panas, yang dapat dimanfaatkan sebagai masukan panas untuk produksi hidrogen bersuhu rendah.
Potensi keunggulan biaya dibandingkan hidrogen hijau dan biru
Para peneliti juga melakukan analisis ekonomi awal. Hasilnya menunjukkan bahwa pemisahan air menggunakan katalis perovskit baru dapat menghasilkan hidrogen dengan biaya lebih rendah dibandingkan hidrogen hijau (diproduksi dari air melalui elektrolisis) dan hidrogen biru (diproduksi dari metana melalui penangkapan dan penyimpanan karbon).
Manfaat ekonominya sangat besar terutama di kawasan yang harga listrik terbarukannya relatif murah, termasuk di negara-negara seperti Australia.
Proyek ini dilaksanakan bekerja sama dengan Universitas Sains dan Teknologi Beijing (USTB). University of Birmingham saat ini sedang berupaya untuk mengkomersialkan teknologi ini di Inggris dan Eropa. University of Birmingham Enterprise telah mengajukan permohonan paten yang mencakup penggunaan katalis BNCF untuk pemisahan air bersuhu rendah dan sedang mencari mitra untuk membantunya mengembangkan teknologi lebih lanjut.
Mengapa pemisahan air secara termokimia itu penting
Meskipun hidrogen adalah unsur paling melimpah di alam semesta, hidrogen murni jarang ditemukan di Bumi. Sebaliknya, hidrogen biasanya ditemukan terikat dengan unsur lain, paling sering dalam air dan hidrokarbon seperti gas alam, batu bara, dan minyak. Memproduksi hidrogen memerlukan penguraian senyawa-senyawa ini.
Saat ini, metode produksi yang dominan adalah steam reforming, yang memisahkan hidrogen dari metana. Proses ini mewakili hampir setengah produksi hidrogen global. Namun, hal ini juga menghasilkan CO2membatasi manfaat lingkungannya kecuali sistem penangkapan dan penyimpanan karbon ditambahkan.
Elektrolisis menawarkan alternatif yang lebih bersih karena menggunakan listrik untuk memecah air menjadi hidrogen dan oksigen. Namun, produksi ini masih lebih mahal dibandingkan produksi berbasis metana dan saat ini hanya menyediakan sekitar 4% produksi H global.2 meminta.
Pendekatan lain yang muncul bergantung pada reaksi yang disebabkan oleh cahaya untuk menghasilkan hidrogen dari air. Meskipun menjanjikan, teknologi fotonik ini masih dalam tahap awal dan menghadapi kendala terkait efisiensi, skalabilitas, dan biaya.
Cara kerja katalis perovskit
Perovskit merupakan material dengan struktur seperti jaringan yang dapat menyerap oksigen ke dalam strukturnya dan membantu memecah senyawa yang mengandung oksigen.
Tim Birmingham fokus pada kelompok tertentu yang disebut perovskit BNCF, yang terbuat dari barium, niobium, kalsium, dan zat besi. Bahan-bahan ini relatif melimpah, tidak memerlukan proses pembuatan yang rumit, dan tidak mengandung bahan beracun.
Para peneliti menemukan bahwa perovskit BNCF dapat menyerap oksigen pada suhu yang jauh lebih rendah dari perkiraan sebelumnya. Di antara material yang diuji, versi yang dikenal sebagai BNCF100 memberikan performa terbaik.
Studi tersebut menunjukkan bahwa BNCF100 dapat diregenerasi pada suhu yang lebih rendah dibandingkan katalis pemecah air yang ada sambil tetap menghasilkan hidrogen selama 10 siklus produksi. Analisis difraksi sinar-X mengungkapkan sangat sedikit perubahan struktural pada material selama pengujian, yang menunjukkan stabilitas yang kuat.
Profesor Ding berkata: “Penelitian kami telah mengungkapkan katalis yang mampu menghasilkan hidrogen dalam jumlah besar pada suhu yang relatif rendah, dan studi tekno-ekonomi awal menunjukkan bahwa katalis tersebut hemat biaya dibandingkan dengan jalur biru dan hijau yang sudah ada untuk produksi hidrogen.
